Python-Numpy中array和matrix的用法

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python当中科学运算库numpy可以节省我们很多运算的步骤,但是这里和matlab中又有一点点不一样,matrix和array之间的关系和区别是什么呢?

array 还是 matrix?

Numpy 中不仅提供了 array 这个基本类型,还提供了支持矩阵操作的类 matrix,但是一般推荐使用 array:

很多 numpy 函数返回的是 array,不是 matrix
在 array 中,逐元素操作和矩阵操作有着明显的不同
向量可以不被视为矩阵
具体说来:

dot(), multiply(),*
array:* -逐元素乘法,dot() -矩阵乘法
matrix:* -矩阵乘法,multiply() -逐元素乘法
处理向量
array:形状为 1xN, Nx1, N 的向量的意义是不同的,类似于 A[:,1] 的操作返回的是一维数组,形状为 N,一维数组的转置仍是自己本身
matrix:形状为 1xN, Nx1,A[:,1] 返回的是二维 Nx1 矩阵
高维数组
array:支持大于2的维度
matrix:维度只能为2
属性
array:.T 表示转置
matrix:.H 表示复共轭转置,.I 表示逆,.A 表示转化为 array 类型
构造函数
array:array 函数接受一个(嵌套)序列作为参数——array([[1,2,3],[4,5,6]])
matrix:matrix 函数额外支持字符串参数——matrix("[1 2 3; 4 5 6]")
其优缺点各自如下:

array

[GOOD] 一维数组既可以看成列向量,也可以看成行向量。v 在 dot(A,v) 被看成列向量,在 dot(v,A) 中被看成行向量,这样省去了转置的麻烦
[BAD!] 矩阵乘法需要使用 dot() 函数,如: dot(dot(A,B),C) vs ABC
[GOOD] 逐元素乘法很简单: A*B
[GOOD] 作为基本类型,是很多基于 numpy 的第三方库函数的返回类型
[GOOD] 所有的操作 *,/,+,**,… 都是逐元素的
[GOOD] 可以处理任意维度的数据
[GOOD] 张量运算

matrix

[GOOD] 类似与 MATLAB 的操作
[BAD!] 最高维度为2
[BAD!] 最低维度也为2
[BAD!] 很多函数返回的是 array,即使传入的参数是 matrix
[GOOD] A*B 是矩阵乘法
[BAD!] 逐元素乘法需要调用 multiply 函数
[BAD!] / 是逐元素操作
当然在实际使用中,二者的使用取决于具体情况。

二者可以互相转化:

asarray :返回数组
asmatrix(或者mat) :返回矩阵
asanyarray :返回数组或者数组的子类,注意到矩阵是数组的一个子类,所以输入是矩阵的时候返回的也是矩阵

以下是一些例子

import numpy as np

a = np.mat('1 2;3 4')
b = np.mat('4 3;2 1')

print(np.multiply(a,b)) #multiply就是对应元素的相乘

a = np.array([[1,2],[3,4]])
b = np.array([[4,3],[2,1]])
print(a*b)  # 用了*号也是对应元素相乘

x = np.array([[1,2],[3,4]])
y = np.array([[5,6],[7,8]])

v = np.array([9,10])
w = np.array([11,12])

print(v.dot(w))
print(np.dot(v,w))     #这里用dot()就是矩阵的矢量相乘法了

print(x.dot(v))
print(np.dot(x,v))

print(x.dot(y))
print(np.dot(x,y))

结果如下:
在这里插入图片描述

总结:一般来讲都是推荐用array形式,我们要用dot()来计算矩阵之间的乘法。

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